不同水平应力作用下巷道底鼓特性的数值模拟研究.pdfVIP

总第187期 doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2015．03．027 不 同水平应 力作 用下巷道底 鼓特性 的数值模拟研究 杜江腾 (山西高河能源有限公司，山西 长治 047100) 摘 要：结合工程实例，通过数值模拟软件FLAC。模拟，研究了垂直应力恒定、改变水平应力时巷道围岩应 力和位移变化特性。模拟结果表明，水平应力是影响巷道底鼓量的重要因素，随侧压系数的提高，围岩塑 性破坏范围增大，巷道底鼓量呈线性规律增大。底板的水平应力升高区是造成巷道底鼓量增大的根本原 因。 关键词 ：水平应力；应力分布；巷道底鼓；数值模拟 中图分类号：TD353 文献标识码：B 文章编号：1005—2798(2015)03—0068—03 底鼓是指在掘进或者 回采 的影响下，巷道围岩 2 数值模拟方案 的应力状态或围岩性质发生改变 ，进而使顶底板和 两帮岩体产生变形并向巷道 内移动，底板向上鼓起 2．1 数值模型的建立 的一种现象。引起巷道底鼓的因素主要有 围岩应力 采用FLAC。数值模拟软件建立数值模型，模型 状态、围岩性质、水理作用及支护强度… ，其 中以围 尺寸为 30m ×10m ×30m。巷道断面呈矩形 。宽 岩应力状态影响最甚 。随着巷道埋深的增加 。巷道 5．0m，高3．5m。模型共划分为 69600个单元和 围岩应力逐渐增加，尤其是地质构造影响区域，不仅 75579个节点。 表现在垂直应力的增加上 ．更主要地表现在水平应 模型中所用岩体物理力学参数如表 1所示。 力的增加上。研究表 明，水平应力是影响巷道 围岩 表 1 岩体物理力学指标 稳定性的重要因素 2¨I4]。针对垂直应力对巷道底鼓 岩性名称l}蓑 茎臻 窘零 蔫 l}麓 的影响，前人进行 了大量的研究 一J。而对水平应 细砂岩 5．90 3．62 45．1 1．29 2．30 力．尤其是高水平应力作用对底鼓的破坏机理和相 泥岩 1．50 1．12 28．9 0．61 0．98 应的支护措施研究不够充分。文章以某矿回采巷道 粉砂岩 4．83 3．55 40．1 2．14 1．42 中砂岩 8．21 6．46 39．8 2．53 3．71 为工程背景，采用数值模拟的方法研究了不同水平 煤层 0．36 0．18 20．2 0．50 0．15 应力作用下巷道底鼓的破坏特征，以期对高水平应 力作用下巷道围岩支护提供参考。 2．2 数值模型的边界条件 模型巷道所处埋深为 3451TI，垂直应力大小按 1 工程地质概况 实测地应力大小取值为 11．0MPa，施加在模型上部 某矿回采巷道埋深 345m，地应力测量结果表 边界。模型下表面垂直位移固定，左右两侧的水平 明最大水平应力为 13．6lMPa，最小水平主应力为 位移固定。模型采用平面应变模型，模型计算采用 5．92MPa．垂直主应力为 10．78MPa，采 区水平主应 摩尔 一库仑塑性模型。模型变形模式为大应变变形 力的方向为北东向，该巷道地应力水平总